Yb3+离子掺杂浓度对Yb∶YAG晶体发光及荧光寿命的影响

研究了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体的发光特性和荧光寿命.Yb3+在YAG晶体中的掺杂浓度分别为5at%、10at%、20at%、30at%.Yb3+离子掺杂浓度越高，Yb∶YAG晶体的吸收系数越大.采用940 nm波长的LD泵浦源和TRIA X550荧光谱仪，对这一系列掺有不同浓度Yb3+的Yb∶YAG晶体进行了荧光光谱的测定.结果表明:在1030 nm主发光波段的荧光强度以10at%Yb∶YAG的为最强.同时发现它在450 nm-680 nm波段有明显的可见发光，其强度随Yb3+掺杂浓度的增加而迅速地增强.Yb∶YAG晶体的荧光寿命存在浓度猝灭现象，对猝灭机制进行了分析研究，指出浓度猝灭的主要原因是合作发光和痕量稀土离子的上转换发光.     

Yb:YAG晶体的合作发光现象

研究了Yb：YAG晶体的合作发光现象。当用940nm的近红外光激发时,Yb:YAG晶体有明显的上转换蓝色发光。实验发现498 nm的蓝色发光强度与激发功率的平方成正比,而且Yb3+掺杂浓度越高,蓝色发光越强。分析表明这是Yb3+间强的相互作用导致的合作发光,是由于Yb3+在共价性的YAG基质中,它的4f13电子易于与近邻离子发生相互作用导致的。     

Yb∶YAG晶体的荧光特性研究

测量了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体氧化和还原气氛退火前后的色心吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命 研究了色心对Yb∶YAG晶体的荧光强度和荧光寿命的影响 结果表明 ,只有当Yb的掺杂浓度大于 10at.%时 ,色心吸收的加强对发光强度和荧光寿命有明显猝灭作用     

Yb∶YAG晶体的荧光特性研究

测量了不同掺杂浓度Yb∶YAG晶体氧化和还原气氛退火前后的色心吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命.研究了色心对Yb∶YAG晶体的荧光强度和荧光寿命的影响.结果表明,只有当Yb的掺杂浓度大于10 at.%时,色心吸收的加强对发光强度和荧光寿命有明显猝灭作用.     

Yb∶YAG晶体的光谱和激光性能

研究了Yb∶YAG晶体的光谱特性, 通过不同掺杂浓度的Yb∶YAG晶体的荧光寿命的测定, 确定了Yb3+在Yb∶YAG晶体中的最佳掺杂浓度, 用合作上转换机制解释了高浓度掺杂时的荧光浓度猝灭效应, 研究了掺杂原子分数为0.2的晶体微片的激光性能.     

Yb：YAG晶体中的荧光浓度猝灭现象

在Ｙｂ：ＹＡＧ晶体中发现浓度猝灭现象,对猝灭机制进行了分析研究,指出退火前晶体的荧光浓度猝灭现象主要由Ｙｂ＾２＋、色心和由此产生的晶格畸变所致高掺杂浓度时痕量稀土杂质离子的存在也将导致浓度猝灭,确定了Ｙｂ：ＹＡＧ晶体中Ｙｂ＾３＋的理想掺杂浓度。     

Yb∶Y_3Al_5O_(12)晶体晶格振动光谱的研究

采用提拉法生长Y3Al5O12(YAG)晶体和Yb3 掺杂原子数分数分别为5%,10%,15%,20%,25%,50%和100%的Yb∶Y3Al5O12(Yb∶YAG)晶体。系统表征和分析了Yb3 掺杂浓度对拉曼光谱的影响。随着Yb3 掺杂浓度的增加,晶体的振动模式没有明显的变化,晶体结构没有改变;在370 cm-1和785 cm-1附近,振动吸收峰的半峰全宽逐渐增大。分析得出,Yb3 掺杂浓度对晶体的晶格、对称性、荧光寿命均有影响,从而可能影响到晶体的光谱和激光性能。     

Yb∶YAG晶体的晶胞参量及Yb~(3+)分凝系数的研究

应用提拉法生长出不同Yb3+ 浓度的Yb3xY3( 1-x) Al5O12 晶体 Yb3+ 离子的分凝系数 1是 1 .0 8±0 .0 1 ,与Yb3+ 离子掺杂浓度无关 研究了Yb3xY3( 1-x) Al5O12 晶体的晶胞参量 ,推导出联系晶胞参量、密度与Yb3+ 离子掺杂浓度的关系方程式     

Yb∶YAG晶体的红外闪烁特性

用脉冲电子束激发测量了不同Yb3+掺杂浓度的Yb∶YAG晶体的红外(IR)闪烁发光性能。Yb∶YAG晶体的IR闪烁发光具有高的光产额和长的衰减时间,但存在浓度猝灭效应和温度依赖关系。Yb∶YAG晶体的IR闪烁性能还与晶体品质有关,相同掺杂浓度的Yb∶YAG晶体,品质优异的会获得更高的光产额。这一初步的研究成果表明,部分掺Yb3+晶体有可能用于医学成像装置。     

Yb:YAG及Cr,Yb:YAG晶体的发光特性

研究了室温下YbYAG的上转换荧光光谱,此荧光归因于Yb3+离子的"合作"发光和Yb3+离子到稀土杂质离子的能量转移.测试了YbYAG晶体的X射线荧光,发光峰对应于电荷迁移态到Yb3+离子的基态、激光态间的跃迁.研究了Cr,YbYAG晶体的荧光光谱,讨论了Cr4+激光输出的可能性.     

高浓度敏化剂掺杂的NaYF4∶Yb3+,Er3+纳米材料的合成及发光性能研究

为了探究泵浦功率对不同浓度敏化剂离子掺杂的上转换材料发光特性的影响,采用溶剂热法,成功制备了不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的NaYF₄∶Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒。首先对这种纳米晶体的结构和形貌进行了详细的分析,使用X射线粉末衍射仪和透射电子显微镜测试了制备的纳米晶体的结构和形貌。表征结果证明了制备的纳米颗粒均为结晶性良好、形状规则的六方相纳米晶体,随着Yb3+掺杂浓度的提高,纳米晶体的粒径有所增加。在此基础上,通过控制泵浦功率对不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的NaYF₄∶Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒在980 nm激发光下的光致发光特性做了详细的研究。对于不同浓度敏化剂掺杂的样品,随着泵浦功率的提高,上转换发光的强度增强,这可以归因于高泵浦功率促进材料对激发光的吸收。上转换发光的红绿比也得到了提高, 值得注意的是, 在不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的样品中,发光的红绿比改变的程度和可调谐的范围有所不同。为了深入的了解上转换发光机制,对不同浓度样品中可能发生的电子能量传递机制进行了讨论并提出假设,认为上转换发光过程中,不同浓度样品中红绿比变化程度的不同是发光离子组合之间的平均距离和包括多声子弛豫、交叉弛豫和反向能量传递的非弛豫过程的综合作用。在低浓度敏化剂掺杂的样品中,由于掺杂浓度导致Yb3+和Er3+之间的平均距离较大,反向能量传递过程比较微弱。在非弛豫过程中,发生在同一发光中心Er3+上的多声子弛豫和相邻发光中心Er3+之间的交叉弛豫为主要过程。随着泵浦功率的提高,高能级的布居速率增加减弱了非辐射弛豫对发光的影响,材料的红绿比只有微弱的提高,绿光是上转换发光中的主要成分。随着掺杂浓度的提高,敏化剂离子Yb3+和激活剂离子Er3+之间的平均间距减小,反向能量传递过程得到增强,成为非辐射弛豫过程中的主要部分。由于泵浦功率增强而提高的高能级对上转换发光的贡献,通过相邻敏化剂和激活剂离子之间的反向能量传递过程得到迅速的衰减,使红光成为上转换发光中的主要成分。在980 nm的近红外光激发下,在不同浓度Yb3+掺杂的样品中存在不同侧重的非辐射弛豫过程, 由于多声子弛豫、交叉弛豫和反向能量传递共同作用,红绿比随着泵浦功率提高而增加。这种发光特性不但使得我们得到红光性能更好的上转换荧光材料,而且可以通过测定材料的红绿比来判定材料的掺杂浓度。经过进一步的设计和修饰,这种纳米材料很有潜力作为一种多功能光动力治疗纳米平台在生物检测领域中得到应用。不同浓度样品中可能发生的电子能量转移过程的提出,有利于对上转换发光机理的了解和稀土发光离子组合的设计和优化。     

Yb∶YAG薄片激光介质的温度效应

研究了Yb∶YAG薄片激光器中影响激光介质温度的几个因素。理论和实验均表明减薄Yb∶YAG片并增加抽运光被YAG片吸收的次数 ,是降低激光介质温度、提高激光器输出功率和效率的有效途径。用 0 .35mm厚的Yb∶YAG薄片获得 15 .9W的 1.0 3μm激光输出 ,斜率效率超过 40 %。     

Yb∶YAG晶体的闪烁特性

通过不同Yb3+掺杂浓度(5%~30%,原子数分数)的Yb∶YAG晶体的阴极射线发光谱、衰减时间、光输出及其温度依赖关系的测量,研究了Yb∶YAG晶体的闪烁性能。不同Yb3+掺杂浓度的Yb∶YAG晶体具有不同的光输出和猝灭温度,光输出随Yb3+掺杂浓度的增大而降低,猝灭温度则随掺杂浓度的增大而升高。室温下Yb∶YAG晶体的发光衰减时间较短,均小于50 ns。Yb3+掺杂浓度为5%的Yb∶YAG晶体具有较高的光输出和较低的猝灭温度。     

Tm~(3+)/Yb~(3+)∶LaF_3纳米体系中掺杂Yb~(3+)离子对Tm~(3+)离子荧光发射的影响

为研究Yb~(3+)离子浓度变化对Tm~(3+)离子在蓝色波段荧光强度的影响,以NaF和La(NO_3)_3为原料,采用水热法制备了Tm~(3+)和Yb~(3+)共掺的Tm~(3+)/ Yb~(3+)∶LaF_3纳米颗粒.用X射线衍射对LaF_3纳米颗粒进行表征的结果显示,纳米晶体结构呈六方相.透射电镜的观测结果显示,纳米颗粒样品大小均匀、分散性良好.在波长为800 nm的激光激发下,观测到了上转换蓝光发射,其中包括波长为474 nm和479 nm的较强的荧光辐射(相应的跃迁为~1G_4→~3H_6)和波长位于450 nm的强度较弱的荧光发射(相应的跃迁为~1D_2→~3F_4).通过观测不同Yb~(3+)离子浓度条件下共掺Tm~(3+)/Yb~(3+)∶LaF_3样品的荧光光谱,研究了Yb~(3+)离子掺杂浓度对于Tm~(3+)离子的荧光发射的影响,并探讨了产生这种现象的原因.研究结果显示,对于~1G_4→~3H_6跃迁产生的荧光发射(474 nm),当Yb~(3+)离子浓度增大时,反向能量传递速率的增加导致了荧光强度的增大.然而,当Yb~(3+)离子浓度增大到一定程度时,Yb~(3+)离子激发态能级寿命的减少将引发荧光强度的下降.相比较而言,Yb~(3+)离子的浓度的变化对于~1D_2→~3F_4跃迁产生的位于450 nm处荧光强度的影响较弱.     

Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺杂Sb_2O_4荧光粉的制备及上转换发光性质研究

高温固相法制备了Yb3+/Tm3+共掺的Sb2O4发光粉体,研究了其上转换发光性质。在980nm半导体激光器的激发下,样品发射较强的近红外(800nm)和较弱的蓝色(480nm)及红色(680nm)上转换发光。粉末样品中稀土Yb3+及Tm3+浓度对上转换发光性质具有显著的影响,随着Yb3+或Tm3+浓度的增加,上转换发光增强;Tm3+掺杂浓度达0.8%时其上转换发光强度达到最大,之后上转换发光随Tm3+浓度的增加而减弱,这是由于浓度猝灭引起的。探讨了粉末样品的上转换发光机理,在980nm激发下Tm3+的蓝光和近红外上转换发光均属于二光子的上转换发光过程。     

LD端面泵浦变热导率方形Yb∶YAG微片晶体热效应

针对激光二极管端面泵浦方形Yb∶YAG微片晶体产生的热效应问题,运用半解析方法计算该晶体的温场分布。根据连续LD端面泵浦方形Yb∶YAG微片晶体的工作特性,建立符合实际工作情况的热模型,构造初始条件和边界条件。同时考虑到晶体的热导率是温度的函数,并结合牛顿法求解热传导方程,得到晶体温度场的一般解析表达式。定量分析了不同的泵浦功率、超高斯阶次、光斑半径、晶体厚度因素对变热导率方形Yb∶YAG微片晶体温度场的影响。结果表明:使用泵浦功率为80 W、超高斯阶次为1、光斑半径为400 m的泵浦光对含方形Yb∶YAG微片晶体质量分数为8.0%、晶体的尺寸为431 mm3进行泵浦,将晶体的热导率视为常量和变量时,泵浦端面获得的最大温升分别为41.25 ℃和52.14 ℃。研究结果对减小全固态Yb∶YAG晶体的热效应问题具有指导意义。     

Tb3+∶YAG单晶荧光层中掺杂Ga3+的荧光敏化作用

采用液相外延工艺成功制备了Tb3 + ∶YAGG单晶荧光层 ,研究了Tb3 + 激活YAG主晶格外延层中Ga3 + 掺杂的荧光敏化效应 ,可以看到在Tb3 + 荧光得到显著增强的同时 ,外延荧光层发光的饱和特性也有所改善。实验中观察到了Ga3 + 掺杂后基质晶体吸收边缘向长波方向展宽 ,并与Tb3 + 的7F6 9E、7E典型吸收峰发生交叠的现象 ,用基质与Tb3 + 之间的声子耦合解释了上述Tb3 + ∶YAGG外延层中所存在的能量传递、荧光敏化现象。基质与掺杂激活中心间能量传递机制的建立将会为基于YAG主晶格的高效荧光材料研究提供一个新的思路。     

不同波长激发下YLiF_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)的发光

水热法合成了YL iF4∶Er3 ,Tm3 ,Yb3 ,其中Er3 、Yb3 和Tm3 的摩尔分数分别为1%、1.5%和2%。当用355 nm光激发时,其发光为蓝色,峰值位于450 nm,对应于Tm3 的1D2→3F4跃迁。用378 nm激发时,发光为绿色,主要发光峰位于552 nm。980 nm光激发时,发光为白色,发光峰分别位于665(651),552(543),484,450 nm处,并在648 nm处还观察到了一个发光峰,其中最强的发射为红光。YL iF4∶Er3 ,Tm3 ,Yb3 的蓝光来源于Tm3 的激发态1G4到基态3H6的跃迁,绿光来源于Er3 的4S3/2和2H11/2到基态4I15/2的跃迁,红光既来源于Tm3 的1G4→3F4的跃迁,也来源于Er3 的4F9/2→4I15/2的跃迁。在上转换发光中,还探测到了紫外光359 nm的发射。监测665 nm得到的激发光谱不同于监测552 nm的激发光谱,在665 nm的激发光谱中出现了对应Tm3 的1G4能级的峰。在双对数曲线中,蓝光484 nm、绿光552 nm和红光665 nm的斜率分别为2.25、2.28和2.21,紫外光359 nm的斜率为2.85。因此在980 nm激发下,蓝光484 nm、绿光552 nm和红光665 nm都是双光子过程,紫外光359 nm的发射是三光子过程。     

Yb：Y3A15O12晶体晶格振动光谱的研究

采用提拉法生长Y3A15O12（YAG）晶体和Yb^3＋掺杂原子数分数分别为5％，10％，15％，20％，25％，50％N100％的Yb：Y3A15O12（Yb：YAG）晶体。系统表征和分析了Yb^3＋掺杂浓度对拉曼光谱的影响。随着Yb^3＋掺杂浓度的增加，晶体的振动模式没有明显的变化，晶体结构没有改变；在370cm^-1和785cm^-1附近，振动吸收峰的半峰全宽逐渐增大。分析得出，Yb抖掺杂浓度对晶体的晶格、对称性、荧光寿命均有影响，从而可能影响到晶体的光谱和激光性能。     

Yb∶YAG晶体的热学性质及其对激光性能的影响

对于中频感应加热提拉法 (CzochralskiMethod)生长的高掺杂浓度 (原子数分数 0 30 )Yb∶YAG晶体 ,经退火后采用差示扫描量热计法测量了晶体的比热容 ,通过激光脉冲法测量了不同掺杂浓度 (原子数分数 0 0 5～ 0 30Yb∶YAG晶体的热扩散率和热导率。实验表明 ,随着Yb3+ 离子浓度增加 ,Yb∶YAG晶体在 30 0K温度下的导热性能有明显的降低。原子数分数为 0 30的Yb∶YAG晶体的激光实验表明 ,高掺杂浓度Yb∶YAG晶体热导率的降低导致了激光阈值的增加